¿Todos los componentes obedecen la Ley actual de Kirchhoff?

8

La Ley de Corriente de Kirchhoff establece que la corriente neta a través de un nodo es siempre 0. AFAIK esto se deriva del principio de conservación de carga. Mi pregunta es, ¿es KCL aplicable a cualquier componente eléctrico? Por ejemplo, es aplicable a transistores, circuitos integrados, etc.

Mi pensamiento es que debería ser aplicable, porque de lo contrario, el componente estaría acumulando carga con el tiempo, lo que supongo no es una condición estable o deseable (en general). Otra posibilidad sería que el componente fuera "carga de fugas". Por ejemplo, el componente sería "lanzar la carga al aire", etc. En este caso, el componente no está acumulando carga, pero la carga se está moviendo fuera del circuito. Supongo que esto no sucede en general también.

Entonces, mi pregunta es, ¿la Ley actual de Kirchhoff es aplicable a cualquier elemento del circuito? Por ejemplo, si sumo las corrientes a través de los pines de un circuito integrado en un momento dado teniendo en cuenta las direcciones actuales, ¿obtendré 0 amperios? Del mismo modo para cualquier otro elemento del circuito. ¿Hay casos en los que la corriente neta no sea de 0 amperios?

    
pregunta Utku

3 respuestas

15

Tienes toda la razón: debido a la conservación de la carga, que es una consecuencia directa de la simetría gauge de la electrodinámica y, por lo tanto, una ley de la naturaleza irrompible (de acuerdo con todos los conocimientos actuales), la suma de la corriente sobre todas las posibles rutas sumadas sobre todos los tiempos siempre es exactamente cero. En el caso de que la corriente no pase por conductores discretos, se conoce como Ley de Gauss .

Para los componentes electrónicos de la vida real, la ley actual de Kirchoff es exacta con la precisión de que toda la corriente fluye a través de los pines del dispositivo. Esto suele ser una muy buena aproximación, ya que cualquier desequilibrio en la carga tiende a equilibrarse debido a la atracción eléctrica. Sin embargo, algunos componentes, como un electron gun , rompen esto a propósito y, por lo tanto, desde una perspectiva de circuito rompen explícitamente la ley de Kirchoff. Por supuesto, si tiene en cuenta el flujo de electrones que sale, la ley actual es válida nuevamente.

Aquí hay una pequeña pero importante advertencia: la carga solo debe conservarse al final, no en cada momento del tiempo por separado. Eso significa que si hay un componente que almacena el cargo net , la corriente puede ingresar allí, esperar un tiempo como cargo y la salida solo más tarde. Sin embargo, ningún componente práctico almacena un cargo apreciable de net por una cantidad apreciable de tiempo. Esto también se aplica a los condensadores y las baterías: un condensador almacena una cantidad igual de carga positiva y negativa en sus placas, mientras que una batería tiene una carga positiva y iones con carga negativa que fluyen (como corriente eléctrica) para encontrarse entre sí cuando el circuito está en operación. En ambos casos, la carga net es cero en todo momento, por lo que la carga total es constante, y la ley actual de Kirchoff aún se mantiene. La misma también se aplica a las memorias Flash , es decir, la carga almacenada se equilibra con a agujero en el semiconductor.

Sin embargo, como señala The Photon en su respuesta, para componentes como las antenas, puede haber un pequeño pero finito tiempo entre la corriente que ingresa a un componente y sale de él.

No obstante, para todos los propósitos electrónicos prácticos, por ejemplo, un IC complicado como se menciona específicamente en el OP, la ley actual de Kirchoff es exacta.

    
respondido por el Timo
6

Las leyes de circuito de Kirchoff se aplican a los circuitos de elementos agrupados .

Si su circuito contiene elementos distribuidos, como líneas de transmisión y antenas, no puede contar con que KCL se aplique de forma absoluta.

Por ejemplo, en un análisis transitorio, la corriente puede fluir en una antena momentáneamente, sin fluir hacia ningún otro nodo del circuito, al menos hasta 1/2 ciclo más tarde. Si tuviéramos que realizar un análisis electromagnético completo de la situación, probablemente podríamos identificar una corriente de desplazamiento desde la antena hasta la tierra circundante y otros elementos del circuito, pero generalmente ese análisis es demasiado complicado para ser manejable.

    
respondido por el The Photon
1

Las leyes de Kirchoff asumen que podemos dividir nuestro circuito en "componentes" donde toda la carga entra y sale de los componentes a través de un pin y que los componentes no tienen carga neta.

Esto es solo una aproximación de la realidad. Todos los componentes del mundo real tienen capacidad entre sí y con el universo en general. Cuando los voltajes cambian, esta capacitancia parásita se debe cargar o descargar, lo que significa una transferencia neta de carga entre los componentes. Cuando los componentes mueven físicamente, la capacitancia entre ellos cambia y se necesita un movimiento de carga neta para mantener los voltajes iguales.

¿Será ese efecto medible? Eso depende mucho de las velocidades a las que funcione su circuito y del tamaño de sus componentes.

    
respondido por el Peter Green

Lea otras preguntas en las etiquetas